南京工業(yè)大學《AMI》：夾層石墨烯/Bi2Te3 /石墨烯熱電薄膜，具有出色的柔韌性品質因數
軍工資源網 2022年05月16日1成果簡介
柔性熱電元件 (TE) 可以很好地貼合彎曲的人體皮膚，可以從皮膚中獲取能量，因此被認為是可穿戴電子設備的有前途的便攜式電源。Bi2Te3是最流行的室溫熱電材料，由于其剛性，在柔性器件中的應用仍然具有挑戰(zhàn)性。盡管據報道許多基于Bi2Te3的薄膜在制成足夠薄時具有柔韌性，但它們的熱負荷和電負荷相當小，并且嚴重限制了最大功率輸出。
本文，南京工業(yè)大學材料科學與工程學院 宗鵬安副教授、清華大學萬春磊副教授等研究人員在《Adv. Mater. Interfaces》期刊發(fā)表名為“Sandwiched Graphene/Bi2Te3/Graphene Thermoelectric Film with Exceptional Figure of Merit for Flexibility”的論文，研究實現了具有“石墨烯/Bi2Te3 ”的厚 Bi2Te3基TE薄膜/graphene”夾層結構，由于石墨烯的出色內在柔韌性和小滑移勢壘，在所有報道的基于Bi2Te3的薄膜中表現出前所未有的高柔韌性品質因數。同時，石墨烯作為快速導電通道和載流子供體，導致導電性增加。眾多的石墨烯/Bi2Te3異質界面引起能量過濾效應，導致塞貝克系數增強，從而實現優(yōu)化的功率因數。這項工作通過將TE納米板嵌入二維納米片中，為制造用于可穿戴電子設備電源的高柔性TE薄膜提供了一種具有成本效益的途徑。
2圖文導讀
圖1、通過將Bi2Te3納米片嵌入石墨烯納米片中合成石墨烯/Bi2Te3薄膜的示意圖
圖2、石墨烯/Bi2Te3復合粉末的a) TEM和b) SEM圖像；c)石墨烯/Bi2Te3復合膜的表面和d)橫截面SEM圖( x = 0.8)。
圖3、a) x = 0.8樣品的彎曲狀態(tài)， R s到平坦狀態(tài)，R 0的電阻率變化率；b) 展示柔韌性測試的照片；c）這項工作的f FOM和其他報道的基于Bi2Te3的薄膜（插圖是參考文獻12和14中f FOM的放大圖）。d) 增強夾層石墨烯/Bi2Te3/ 石墨烯結構柔性的機制。
圖4、石墨烯/Bi2Te3界面的界面能量過濾效應示意圖。
圖5、a) 石墨烯/Bi2Te3混合膜在室溫下的功率因數PF和 b) 電導率σ的溫度依賴性（插圖是x = 0 樣品），c) 塞貝克系數，S和 d ) 不同石墨烯/Bi2Te3重量比（x = 0, 0.3, 0.5, 0.8, 1.0, 1.1, 1.25）樣品的PF 。
3小結